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论文中文题名:

 富水条件下冲击煤体钻屑法的适应性研究    

姓名:

 刘海洋    

学号:

 19203213050    

保密级别:

 公开    

论文语种:

 chi    

学科代码:

 085700    

学科名称:

 工学 - 资源与环境    

学生类型:

 硕士    

学位级别:

 工程硕士    

学位年度:

 2022    

培养单位:

 西安科技大学    

院系:

 能源学院    

专业:

 矿业工程    

研究方向:

 冲击地压    

第一导师姓名:

 董国伟    

第一导师单位:

 西安科技大学    

论文提交日期:

 2022-06-25    

论文答辩日期:

 2022-05-28    

论文外文题名:

 Research on the adaptability of drilling cuttings method of percussion coal under rich water conditions    

论文中文关键词:

 冲击地压 ; 钻屑法 ; 含水率 ; 三轴加载 ; 声发射    

论文外文关键词:

 rockburst ; drilling cuttings method ; water content ; triaxial loading ; acoustic emission    

论文中文摘要:

陕西彬长、永陇矿区冲击煤体在洛河组含水层影响下,钻屑量指标难以清晰反映煤体应力状态,导致钻屑法失效,影响矿井冲击地压危险的有效监测预警。本文采用现场调研、数据统计、理论分析、实验室试验与工程实践相结合的方法,对含水条件下煤体物理力学性质的劣化以及三轴受载钻进条件下煤样力学性质、失稳破坏特征、声发射规律、微破裂以及能量时空演化规律进行了系统探究,用以指导含水条件下钻屑量指标的修正。主要成果如下:

本文在含水情况下基于弹塑性假设结合煤体应变软化以及扩容特性,通过对影响钻屑量参数的物理力学性质弱化给出了含水条件下钻屑量与煤体应力解析式,并对煤体力学参数关于钻屑量的偏导数进行归一化处理,得出煤体塑性软化系数以及松散系数对钻屑量值起决定性作用,弹性模量、泊松比以及内摩擦角对钻屑量值影响甚微。

开展了不同应力及含水率条件下三轴钻进试验,试样力学与失稳破坏特征结果表明:当含水煤体处于较高应力水平,煤体微裂隙及结构面受到水的浸润引起微观结构软化,结构面间胶结能力减弱,进而在高应力水平下滑移、错动现象明显,塑性变形能力增强,试验后试样出现“分层”现象,并且由于此种摩擦、滑移以及错动现象的出现,在应力层面表现即为煤样压密阶段时间显著增长。试验过程绝对能量时空演化结果表明:应力作用下,煤体动力学响应频次与含水率成正相关。试样弹性能储存能力相较于自然状态煤体有所下降,动力事件孕育过程缩短,在频次增加同时,能量释放剧烈程度有所降低,且试验过程绝对能量释放时刻与应力跌落时刻高度一致。绝对能量在空间分布整体呈现“椭球状”,以钻孔路径为长轴,呈现出中间集中,两端稀疏分布特征,含水状态煤体能量分布集中程度更为紧密,绝对能量时空分布则以聚类连片的形式分布。

根据试验钻屑值以及绝对能量层析成像结果,对钻孔损伤以及影响半径进行计算。试验钻屑实测结果表明,含水煤体相较于自然条件下,前者钻屑量为后者的2.78倍;由层析成像所得钻屑量,含水煤体相较于自然条件下,前者钻屑量为后者的3.48倍。并且根据理论计算可得相较于自然状态,当含水率为5.60%,煤体钻屑量为后者的1.50~3.20倍。综合确定当含水率为(3.7%~5.60%)时,钻屑修正系数H为2.10~3.48。

论文外文摘要:

Under the influence of the Luohe Formation aquifers in the coal rock bursts in Binchang and Yonglong mining areas of Shaanxi, it is difficult to clearly reflect the stress state of the coal body by the drilling cuttings volume index, which leads to the failure of the drilling cuttings method and affects the effective monitoring and early warning of the mine rock burst danger. In this paper, the methods of field investigation, data statistics, theoretical analysis, laboratory test and engineering practice are used to study the deterioration of physical and mechanical properties of coal under water-bearing conditions and the mechanical properties, instability and failure of coal samples under triaxial loading drilling conditions. The characteristics, acoustic emission laws, micro-fractures, and energy space-time evolution laws are systematically explored to guide the correction of the cuttings volume index under water-bearing conditions. The main results are as follows:

In this paper, based on the elastic-plastic assumption combined with the strain softening and capacity expansion characteristics of the coal under the condition of water content, the analytical formula of the amount of cuttings and the stress of the coal under the condition of water is given by weakening the physical and mechanical properties that affect the parameters of the amount of cuttings. The partial derivative of the mechanical parameters with respect to the amount of drill cuttings is normalized, and it is concluded that the plastic softening coefficient and loose coefficient of the coal body play a decisive role in the value of the drill cuttings. little impact.

Triaxial drilling tests were carried out under different stress and water content conditions. The results of sample mechanics and instability failure characteristics show that when the water-bearing coal body is at a higher stress level, the micro-cracks and structural surfaces of the coal body are infiltrated by water, resulting in microstructures. softening, the bonding ability between the structural planes is weakened, and then the phenomenon of slippage and dislocation is obvious under high stress level, and the plastic deformation ability is enhanced. The appearance of the phenomenon is manifested in the significant increase in the time of coal sample compaction stage at the stress level. The results of the space-time evolution of absolute energy during the test show that: under the action of stress, the frequency of dynamic response of coal is positively correlated with water content. Compared with the natural state coal, the elastic energy storage capacity of the sample decreased, the dynamic event incubation process was shortened, and the energy release intensity decreased while the frequency increased, and the absolute energy release time during the test was highly consistent with the stress drop time. The overall spatial distribution of absolute energy is "ellipsoid", with the borehole path as the long axis, showing the characteristics of concentration in the middle and sparse distribution at both ends. Contiguous form distribution.

Based on the test cuttings value and absolute energy tomography results, the borehole damage and influence radius were calculated. The actual measurement results of the test drill cuttings show that the amount of drill cuttings in the water-bearing coal body is 2.78 times that of the latter under natural conditions; The amount is 3.48 times that of the latter. And according to the theoretical calculation, compared with the natural state, when the water content is 5.60%, the amount of coal drill cuttings is 1.50~3.20 times that of the latter. It is comprehensively determined that when the water content is (3.7%~5.60%), the correction coefficient H of drill cuttings is 2.10~3.48.

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中图分类号:

 TD324    

开放日期:

 2022-06-27    

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